03af5d66d96bc393bb1106dd56694d32f560a48a
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48   Value Contempt[2]; // [bestValue > VALUE_DRAW]
49 }
50
51 using std::string;
52 using Eval::evaluate;
53 using namespace Search;
54
55 namespace {
56
57   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
58   const bool FakeSplit = false;
59
60   // Different node types, used as template parameter
61   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
62
63   // Dynamic razoring margin based on depth
64   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
65
66   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
67   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
68
69   inline Value futility_margin(Depth d) {
70     return Value(100 * int(d));
71   }
72
73   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
74   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
75
76   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
77
78     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
79   }
80
81   size_t MultiPV, PVIdx;
82   TimeManager TimeMgr;
83   double BestMoveChanges;
84   Value DrawValue[COLOR_NB];
85   HistoryStats History;
86   GainsStats Gains;
87   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
88
89   template <NodeType NT>
90   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
91
92   template <NodeType NT, bool InCheck>
93   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
94
95   void id_loop(Position& pos);
96   Value value_to_tt(Value v, int ply);
97   Value value_from_tt(Value v, int ply);
98   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
99   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
100
101   struct Skill {
102     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
103    ~Skill() {
104       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
105           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
106                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
107     }
108
109     bool enabled() const { return level < 20; }
110     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
111     Move pick_move();
112
113     int level;
114     Move best;
115   };
116
117 } // namespace
118
119
120 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
121
122 void Search::init() {
123
124   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
125   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
126   int mc; // moveCount
127
128   // Init reductions array
129   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
130   {
131       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
132       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
133       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
134       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
135
136       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
137       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
138
139       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
140           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
141
142       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
143           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
144   }
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; ++d)
148   {
149       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
150       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
151   }
152 }
153
154
155 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
156 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
157
158 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
159
160   StateInfo st;
161   uint64_t cnt = 0;
162   CheckInfo ci(pos);
163   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
164
165   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
166   {
167       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
168       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
169       pos.undo_move(*it);
170   }
171   return cnt;
172 }
173
174 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
175   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
176 }
177
178 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
179 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
180 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
181
182 void Search::think() {
183
184   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
185
186   RootColor = RootPos.side_to_move();
187   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
188
189   Contempt[0] =  Options["Contempt Factor"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
190   Contempt[1] = (Options["Contempt Factor"] + 12) * PawnValueEg / 100;
191
192   if (RootMoves.empty())
193   {
194       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
195       sync_cout << "info depth 0 score "
196                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
197                 << sync_endl;
198
199       goto finalize;
200   }
201
202   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
203   {
204       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
205
206       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
207       {
208           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
209           goto finalize;
210       }
211   }
212
213   if (Options["Write Search Log"])
214   {
215       Log log(Options["Search Log Filename"]);
216       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
217           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
218           << " ponder: "      << Limits.ponder
219           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
220           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
221           << " moves to go: " << Limits.movestogo
222           << "\n" << std::endl;
223   }
224
225   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
226   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
227       Threads[i]->maxPly = 0;
228
229   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
230   Threads.timer->run = true;
231   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
232
233   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
234
235   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
236   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
237
238   if (Options["Write Search Log"])
239   {
240       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
241
242       Log log(Options["Search Log Filename"]);
243       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
244           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
245           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
246
247       StateInfo st;
248       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
249       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
250       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
251   }
252
253 finalize:
254
255   // When search is stopped this info is not printed
256   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
257             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
258
259   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
260   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
261   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
262   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
263   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
264   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
265   {
266       Signals.stopOnPonderhit = true;
267       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
268   }
269
270   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
271   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
272             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
273             << sync_endl;
274 }
275
276
277 namespace {
278
279   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
280   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
281   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
282
283   void id_loop(Position& pos) {
284
285     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
286     int depth;
287     Value bestValue, alpha, beta, delta;
288
289     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
290     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
291
292     depth = 0;
293     BestMoveChanges = 0;
294     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
295     beta = VALUE_INFINITE;
296
297     TT.new_search();
298     History.clear();
299     Gains.clear();
300     Countermoves.clear();
301     Followupmoves.clear();
302
303     MultiPV = Options["MultiPV"];
304     Skill skill(Options["Skill Level"]);
305
306     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
307     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
308     if (skill.enabled() && MultiPV < 4)
309         MultiPV = 4;
310
311     MultiPV = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
312
313     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
314     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
315     {
316         // Age out PV variability metric
317         BestMoveChanges *= 0.5;
318
319         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
320         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
321         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
322             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
323
324         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
325         for (PVIdx = 0; PVIdx < MultiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
326         {
327             // Reset aspiration window starting size
328             if (depth >= 5)
329             {
330                 delta = Value(16);
331                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
332                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
333             }
334
335             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
336             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
337             // high/low anymore.
338             while (true)
339             {
340                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
341
342                 DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Contempt[bestValue > VALUE_DRAW];
343                 DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Contempt[bestValue > VALUE_DRAW];
344
345                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
346                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
347                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
348                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
349                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
350                 // search the already searched PV lines are preserved.
351                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
352
353                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
354                 // entries have been overwritten during the search.
355                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
356                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
357
358                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
359                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
360                 // valid, although it refers to previous iteration.
361                 if (Signals.stop)
362                     break;
363
364                 // When failing high/low give some update (without cluttering
365                 // the UI) before a re-search.
366                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
367                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
368                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
369
370                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
371                 // re-search, otherwise exit the loop.
372                 if (bestValue <= alpha)
373                 {
374                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
375
376                     Signals.failedLowAtRoot = true;
377                     Signals.stopOnPonderhit = false;
378                 }
379                 else if (bestValue >= beta)
380                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
381
382                 else
383                     break;
384
385                 delta += delta / 2;
386
387                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
388             }
389
390             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
391             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
392
393             if (PVIdx + 1 == MultiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
394                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
395         }
396
397         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
398         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
399             skill.pick_move();
400
401         if (Options["Write Search Log"])
402         {
403             RootMove& rm = RootMoves[0];
404             if (skill.best != MOVE_NONE)
405                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
406
407             Log log(Options["Search Log Filename"]);
408             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
409                 << std::endl;
410         }
411
412         // Have we found a "mate in x"?
413         if (   Limits.mate
414             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
415             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
416             Signals.stop = true;
417
418         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
419         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
420         {
421             // Take some extra time if the best move has changed
422             if (depth > 4 && depth < 50 &&  MultiPV == 1)
423                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
424
425             // Stop the search if only one legal move is available or all
426             // of the available time has been used.
427             if (   RootMoves.size() == 1
428                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
429             {
430                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
431                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
432                 if (Limits.ponder)
433                     Signals.stopOnPonderhit = true;
434                 else
435                     Signals.stop = true;
436             }
437         }
438     }
439   }
440
441
442   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
443   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
444   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
445   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
446   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
447   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
448
449   template <NodeType NT>
450   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
451
452     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
453     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
454     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
455
456     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
457     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
458     assert(depth > DEPTH_ZERO);
459
460     Move quietsSearched[64];
461     StateInfo st;
462     const TTEntry *tte;
463     SplitPoint* splitPoint;
464     Key posKey;
465     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
466     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
467     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
468     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
469     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
470     int moveCount, quietCount;
471
472     // Step 1. Initialize node
473     Thread* thisThread = pos.this_thread();
474     inCheck = pos.checkers();
475
476     if (SpNode)
477     {
478         splitPoint = ss->splitPoint;
479         bestMove   = splitPoint->bestMove;
480         bestValue  = splitPoint->bestValue;
481         tte = NULL;
482         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
483         ttValue = VALUE_NONE;
484
485         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
486
487         goto moves_loop;
488     }
489
490     moveCount = quietCount = 0;
491     bestValue = -VALUE_INFINITE;
492     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
493     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
494     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
495     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
496
497     // Used to send selDepth info to GUI
498     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
499         thisThread->maxPly = ss->ply;
500
501     if (!RootNode)
502     {
503         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
504         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
505             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
506
507         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
508         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
509         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
510         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
511         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
512         // mate. In this case return a fail-high score.
513         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
514         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
515         if (alpha >= beta)
516             return alpha;
517     }
518
519     // Step 4. Transposition table lookup
520     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
521     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
522     excludedMove = ss->excludedMove;
523     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
524     tte = TT.probe(posKey);
525     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
526     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
527
528     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
529     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
530     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
531     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
532     if (   !RootNode
533         && tte
534         && tte->depth() >= depth
535         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
536         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
537             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
538                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
539     {
540         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
541
542         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
543         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
544             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
545
546         return ttValue;
547     }
548
549     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
550     if (inCheck)
551     {
552         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
553         goto moves_loop;
554     }
555
556     else if (tte)
557     {
558         // Never assume anything on values stored in TT
559         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
560             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
561
562         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
563         if (ttValue != VALUE_NONE)
564             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
565                 eval = ttValue;
566     }
567     else
568     {
569         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
570         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
571     }
572
573     if (   !pos.captured_piece_type()
574         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
575         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
576         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
577         &&  type_of(move) == NORMAL)
578     {
579         Square to = to_sq(move);
580         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
581     }
582
583     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
584     if (   !PvNode
585         &&  depth < 4 * ONE_PLY
586         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
587         &&  ttMove == MOVE_NONE
588         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
589         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
590     {
591         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
592         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
593         if (v <= ralpha)
594             return v;
595     }
596
597     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
598     if (   !PvNode
599         && !ss->skipNullMove
600         &&  depth < 7 * ONE_PLY
601         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
602         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
603         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
604         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
605         return eval - futility_margin(depth);
606
607     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
608     if (   !PvNode
609         && !ss->skipNullMove
610         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
611         &&  eval >= beta
612         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
613         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
614     {
615         ss->currentMove = MOVE_NULL;
616
617         assert(eval - beta >= 0);
618
619         // Null move dynamic reduction based on depth and value
620         Depth R =  3 * ONE_PLY
621                  + depth / 4
622                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
623
624         pos.do_null_move(st);
625         (ss+1)->skipNullMove = true;
626         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
627                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
628         (ss+1)->skipNullMove = false;
629         pos.undo_null_move();
630
631         if (nullValue >= beta)
632         {
633             // Do not return unproven mate scores
634             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
635                 nullValue = beta;
636
637             if (depth < 12 * ONE_PLY)
638                 return nullValue;
639
640             // Do verification search at high depths
641             ss->skipNullMove = true;
642             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
643                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
644             ss->skipNullMove = false;
645
646             if (v >= beta)
647                 return nullValue;
648         }
649     }
650
651     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
652     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
653     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
654     // prune the previous move.
655     if (   !PvNode
656         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
657         && !ss->skipNullMove
658         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
659     {
660         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
661         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
662
663         assert(rdepth >= ONE_PLY);
664         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
665         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
666
667         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
668         CheckInfo ci(pos);
669
670         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
671             if (pos.legal(move, ci.pinned))
672             {
673                 ss->currentMove = move;
674                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
675                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
676                 pos.undo_move(move);
677                 if (value >= rbeta)
678                     return value;
679             }
680     }
681
682     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
683     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
684         && !ttMove
685         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
686     {
687         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
688
689         ss->skipNullMove = true;
690         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
691         ss->skipNullMove = false;
692
693         tte = TT.probe(posKey);
694         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
695     }
696
697 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
698
699     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
700     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
701                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
702
703     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
704     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
705                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
706
707     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
708     CheckInfo ci(pos);
709     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
710     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
711                || ss->staticEval == VALUE_NONE
712                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
713
714     singularExtensionNode =   !RootNode
715                            && !SpNode
716                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
717                            &&  ttMove != MOVE_NONE
718                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
719                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
720                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
721
722     // Step 11. Loop through moves
723     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
724     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
725     {
726       assert(is_ok(move));
727
728       if (move == excludedMove)
729           continue;
730
731       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
732       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
733       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
734       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
735           continue;
736
737       if (SpNode)
738       {
739           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
740           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
741               continue;
742
743           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
744           splitPoint->mutex.unlock();
745       }
746       else
747           ++moveCount;
748
749       if (RootNode)
750       {
751           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
752
753           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
754               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
755                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
756                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
757       }
758
759       ext = DEPTH_ZERO;
760       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
761
762       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
763                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
764                   : pos.gives_check(move, ci);
765
766       dangerous =   givesCheck
767                  || type_of(move) != NORMAL
768                  || pos.advanced_pawn_push(move);
769
770       // Step 12. Extend checks
771       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
772           ext = ONE_PLY;
773
774       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
775       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
776       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
777       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
778       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
779       if (    singularExtensionNode
780           &&  move == ttMove
781           && !ext
782           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
783           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
784       {
785           assert(ttValue != VALUE_NONE);
786
787           Value rBeta = ttValue - int(depth);
788           ss->excludedMove = move;
789           ss->skipNullMove = true;
790           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
791           ss->skipNullMove = false;
792           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
793
794           if (value < rBeta)
795               ext = ONE_PLY;
796       }
797
798       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
799       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
800
801       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
802       if (   !PvNode
803           && !captureOrPromotion
804           && !inCheck
805           && !dangerous
806        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
807           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
808       {
809           // Move count based pruning
810           if (   depth < 16 * ONE_PLY
811               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
812           {
813               if (SpNode)
814                   splitPoint->mutex.lock();
815
816               continue;
817           }
818
819           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
820
821           // Futility pruning: parent node
822           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
823           {
824               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
825                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
826
827               if (futilityValue <= alpha)
828               {
829                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
830
831                   if (SpNode)
832                   {
833                       splitPoint->mutex.lock();
834                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
835                           splitPoint->bestValue = bestValue;
836                   }
837                   continue;
838               }
839           }
840
841           // Prune moves with negative SEE at low depths
842           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
843           {
844               if (SpNode)
845                   splitPoint->mutex.lock();
846
847               continue;
848           }
849       }
850
851       // Check for legality just before making the move
852       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
853       {
854           moveCount--;
855           continue;
856       }
857
858       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
859       ss->currentMove = move;
860       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
861           quietsSearched[quietCount++] = move;
862
863       // Step 14. Make the move
864       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
865
866       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
867       // re-searched at full depth.
868       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
869           && !pvMove
870           && !captureOrPromotion
871           &&  move != ttMove
872           &&  move != ss->killers[0]
873           &&  move != ss->killers[1])
874       {
875           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
876
877           if (!PvNode && cutNode)
878               ss->reduction += ONE_PLY;
879
880           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
881               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
882
883           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
884               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
885
886           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
887           if (SpNode)
888               alpha = splitPoint->alpha;
889
890           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
891
892           // Research at intermediate depth if reduction is very high
893           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
894           {
895               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
896               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
897           }
898
899           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
900           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
901       }
902       else
903           doFullDepthSearch = !pvMove;
904
905       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
906       if (doFullDepthSearch)
907       {
908           if (SpNode)
909               alpha = splitPoint->alpha;
910
911           value = newDepth < ONE_PLY ?
912                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
913                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
914                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
915       }
916
917       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
918       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
919       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
920       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
921           value = newDepth < ONE_PLY ?
922                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
923                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
924                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
925       // Step 17. Undo move
926       pos.undo_move(move);
927
928       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
929
930       // Step 18. Check for new best move
931       if (SpNode)
932       {
933           splitPoint->mutex.lock();
934           bestValue = splitPoint->bestValue;
935           alpha = splitPoint->alpha;
936       }
937
938       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
939       // was aborted because the user interrupted the search or because we
940       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
941       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
942       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
943           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
944
945       if (RootNode)
946       {
947           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
948
949           // PV move or new best move ?
950           if (pvMove || value > alpha)
951           {
952               rm.score = value;
953               rm.extract_pv_from_tt(pos);
954
955               // We record how often the best move has been changed in each
956               // iteration. This information is used for time management: When
957               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
958               if (!pvMove)
959                   ++BestMoveChanges;
960           }
961           else
962               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
963               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
964               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
965               rm.score = -VALUE_INFINITE;
966       }
967
968       if (value > bestValue)
969       {
970           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
971
972           if (value > alpha)
973           {
974               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
975
976               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
977                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
978               else
979               {
980                   assert(value >= beta); // Fail high
981
982                   if (SpNode)
983                       splitPoint->cutoff = true;
984
985                   break;
986               }
987           }
988       }
989
990       // Step 19. Check for splitting the search
991       if (   !SpNode
992           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
993           &&  Threads.available_slave(thisThread)
994           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
995       {
996           assert(bestValue < beta);
997
998           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
999                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1000           if (bestValue >= beta)
1001               break;
1002       }
1003     }
1004
1005     if (SpNode)
1006         return bestValue;
1007
1008     // Step 20. Check for mate and stalemate
1009     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1010     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1011     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1012     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1013     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1014     // A split node has at least one move - the one tried before to be split.
1015     if (!moveCount)
1016         return  excludedMove ? alpha
1017               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1018
1019     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1020     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1021         bestValue = alpha;
1022
1023     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1024              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1025              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1026              depth, bestMove, ss->staticEval);
1027
1028     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1029     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1030         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1031
1032     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1033
1034     return bestValue;
1035   }
1036
1037
1038   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1039   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1040   // less than ONE_PLY).
1041
1042   template <NodeType NT, bool InCheck>
1043   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1044
1045     const bool PvNode = (NT == PV);
1046
1047     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1048     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1049     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1050     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1051     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1052
1053     StateInfo st;
1054     const TTEntry* tte;
1055     Key posKey;
1056     Move ttMove, move, bestMove;
1057     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1058     bool givesCheck, evasionPrunable;
1059     Depth ttDepth;
1060
1061     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1062     if (PvNode)
1063         oldAlpha = alpha;
1064
1065     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1066     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1067
1068     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1069     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1070         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1071
1072     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1073     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1074     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1075     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1076                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1077
1078     // Transposition table lookup
1079     posKey = pos.key();
1080     tte = TT.probe(posKey);
1081     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1082     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1083
1084     if (   tte
1085         && tte->depth() >= ttDepth
1086         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1087         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1088             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1089                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1090     {
1091         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1092         return ttValue;
1093     }
1094
1095     // Evaluate the position statically
1096     if (InCheck)
1097     {
1098         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1099         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1100     }
1101     else
1102     {
1103         if (tte)
1104         {
1105             // Never assume anything on values stored in TT
1106             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1107                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1108
1109             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1110             if (ttValue != VALUE_NONE)
1111                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1112                     bestValue = ttValue;
1113         }
1114         else
1115             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1116
1117         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1118         if (bestValue >= beta)
1119         {
1120             if (!tte)
1121                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1122                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1123
1124             return bestValue;
1125         }
1126
1127         if (PvNode && bestValue > alpha)
1128             alpha = bestValue;
1129
1130         futilityBase = bestValue + Value(128);
1131     }
1132
1133     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1134     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1135     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1136     // be generated.
1137     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1138     CheckInfo ci(pos);
1139
1140     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1141     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1142     {
1143       assert(is_ok(move));
1144
1145       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1146                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1147                   : pos.gives_check(move, ci);
1148
1149       // Futility pruning
1150       if (   !PvNode
1151           && !InCheck
1152           && !givesCheck
1153           &&  move != ttMove
1154           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1155           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1156       {
1157           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1158
1159           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1160
1161           if (futilityValue < beta)
1162           {
1163               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1164               continue;
1165           }
1166
1167           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1168           {
1169               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1170               continue;
1171           }
1172       }
1173
1174       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1175       evasionPrunable =    InCheck
1176                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1177                        && !pos.capture(move)
1178                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1179
1180       // Don't search moves with negative SEE values
1181       if (   !PvNode
1182           && (!InCheck || evasionPrunable)
1183           &&  move != ttMove
1184           &&  type_of(move) != PROMOTION
1185           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1186           continue;
1187
1188       // Check for legality just before making the move
1189       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1190           continue;
1191
1192       ss->currentMove = move;
1193
1194       // Make and search the move
1195       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1196       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1197                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1198       pos.undo_move(move);
1199
1200       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1201
1202       // Check for new best move
1203       if (value > bestValue)
1204       {
1205           bestValue = value;
1206
1207           if (value > alpha)
1208           {
1209               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1210               {
1211                   alpha = value;
1212                   bestMove = move;
1213               }
1214               else // Fail high
1215               {
1216                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1217                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1218
1219                   return value;
1220               }
1221           }
1222        }
1223     }
1224
1225     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1226     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1227     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1228         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1229
1230     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1231              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1232              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1233
1234     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1235
1236     return bestValue;
1237   }
1238
1239
1240   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1241   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1242   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1243
1244   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1245
1246     assert(v != VALUE_NONE);
1247
1248     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1249           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1250   }
1251
1252
1253   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1254   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1255   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1256
1257   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1258
1259     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1260           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1261           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1262   }
1263
1264
1265   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1266   // of a quiet move.
1267
1268   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1269
1270     if (ss->killers[0] != move)
1271     {
1272         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1273         ss->killers[0] = move;
1274     }
1275
1276     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1277     // played quiet moves.
1278     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1279     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1280     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1281     {
1282         Move m = quiets[i];
1283         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1284     }
1285
1286     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1287     {
1288         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1289         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1290     }
1291
1292     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1293     {
1294         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1295         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1296     }
1297   }
1298
1299
1300   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1301   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1302
1303   Move Skill::pick_move() {
1304
1305     static RKISS rk;
1306
1307     // PRNG sequence should be not deterministic
1308     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1309         rk.rand<unsigned>();
1310
1311     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1312     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[MultiPV - 1].score, PawnValueMg);
1313     int weakness = 120 - 2 * level;
1314     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1315     best = MOVE_NONE;
1316
1317     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1318     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1319     // then we choose the move with the resulting highest score.
1320     for (size_t i = 0; i < MultiPV; ++i)
1321     {
1322         int s = RootMoves[i].score;
1323
1324         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1325         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1326             break;
1327
1328         // This is our magic formula
1329         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1330               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1331
1332         if (s > max_s)
1333         {
1334             max_s = s;
1335             best = RootMoves[i].pv[0];
1336         }
1337     }
1338     return best;
1339   }
1340
1341
1342   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1343   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1344   // search score.
1345
1346   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1347
1348     std::stringstream ss;
1349     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1350     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1351     int selDepth = 0;
1352
1353     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1354         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1355             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1356
1357     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1358     {
1359         bool updated = (i <= PVIdx);
1360
1361         if (depth == 1 && !updated)
1362             continue;
1363
1364         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1365         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1366
1367         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1368             ss << "\n";
1369
1370         ss << "info depth " << d
1371            << " seldepth "  << selDepth
1372            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1373            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1374            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1375            << " time "      << elapsed
1376            << " multipv "   << i + 1
1377            << " pv";
1378
1379         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1380             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1381     }
1382
1383     return ss.str();
1384   }
1385
1386 } // namespace
1387
1388
1389 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1390 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1391 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1392 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1393
1394 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1395
1396   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1397   const TTEntry* tte;
1398   int ply = 0;
1399   Move m = pv[0];
1400
1401   pv.clear();
1402
1403   do {
1404       pv.push_back(m);
1405
1406       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1407
1408       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1409       tte = TT.probe(pos.key());
1410
1411   } while (   tte
1412            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1413            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1414            && ply < MAX_PLY
1415            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1416
1417   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1418
1419   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1420 }
1421
1422
1423 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1424 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1425 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1426
1427 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1428
1429   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1430   const TTEntry* tte;
1431   int ply = 0;
1432
1433   do {
1434       tte = TT.probe(pos.key());
1435
1436       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1437           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1438
1439       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1440
1441       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1442
1443   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1444
1445   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1446 }
1447
1448
1449 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1450
1451 void Thread::idle_loop() {
1452
1453   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1454   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1455   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1456
1457   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1458
1459   while (true)
1460   {
1461       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1462       // wasting CPU time polling for work.
1463       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1464       {
1465           if (exit)
1466           {
1467               assert(!this_sp);
1468               return;
1469           }
1470
1471           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1472           mutex.lock();
1473
1474           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1475           if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1476           {
1477               mutex.unlock();
1478               break;
1479           }
1480
1481           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1482           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1483           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1484           // we had the chance to grab the lock.
1485           if (!searching && !exit)
1486               sleepCondition.wait(mutex);
1487
1488           mutex.unlock();
1489       }
1490
1491       // If this thread has been assigned work, launch a search
1492       if (searching)
1493       {
1494           assert(!exit);
1495
1496           Threads.mutex.lock();
1497
1498           assert(searching);
1499           assert(activeSplitPoint);
1500           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1501
1502           Threads.mutex.unlock();
1503
1504           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1505           Position pos(*sp->pos, this);
1506
1507           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1508           ss->splitPoint = sp;
1509
1510           sp->mutex.lock();
1511
1512           assert(activePosition == NULL);
1513
1514           activePosition = &pos;
1515
1516           switch (sp->nodeType) {
1517           case Root:
1518               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1519               break;
1520           case PV:
1521               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1522               break;
1523           case NonPV:
1524               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1525               break;
1526           default:
1527               assert(false);
1528           }
1529
1530           assert(searching);
1531
1532           searching = false;
1533           activePosition = NULL;
1534           sp->slavesMask.reset(idx);
1535           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1536
1537           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1538           // loop in case we are the last slave of the split point.
1539           if (    Threads.sleepWhileIdle
1540               &&  this != sp->masterThread
1541               &&  sp->slavesMask.none())
1542           {
1543               assert(!sp->masterThread->searching);
1544               sp->masterThread->notify_one();
1545           }
1546
1547           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1548           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1549           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1550           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1551           sp->mutex.unlock();
1552       }
1553
1554       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1555       // their work at this split point, return from the idle loop.
1556       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1557       {
1558           this_sp->mutex.lock();
1559           bool finished = this_sp->slavesMask.none(); // Retest under lock protection
1560           this_sp->mutex.unlock();
1561           if (finished)
1562               return;
1563       }
1564   }
1565 }
1566
1567
1568 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1569 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1570 /// available time and thus stop the search.
1571
1572 void check_time() {
1573
1574   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1575   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1576
1577   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1578   {
1579       lastInfoTime = Time::now();
1580       dbg_print();
1581   }
1582
1583   if (Limits.ponder)
1584       return;
1585
1586   if (Limits.nodes)
1587   {
1588       Threads.mutex.lock();
1589
1590       nodes = RootPos.nodes_searched();
1591
1592       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1593       // all the currently active positions nodes.
1594       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1595           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1596           {
1597               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1598
1599               sp.mutex.lock();
1600
1601               nodes += sp.nodes;
1602
1603               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1604                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1605                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1606
1607               sp.mutex.unlock();
1608           }
1609
1610       Threads.mutex.unlock();
1611   }
1612
1613   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1614   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1615                          && !Signals.failedLowAtRoot
1616                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1617
1618   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1619                    || stillAtFirstMove;
1620
1621   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1622       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1623       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1624       Signals.stop = true;
1625 }